高精度激光板凸度检测技术

　　0前言

　　板凸度是衡量板材质量的重要指标之一。板凸度检测装置,可以看作是一种全断面高精度的厚度测量系统,以扫描或多点测量的方式检测板材横断面的厚度分布。目前测厚度的方法很多,如人工冷卡测量、X射线测量法、放射性同位素测量法、超声波及红外线测量、电容电感式、激光三角法测量等。显然人工卡量测量精度低、测量点少、危险性高、劳动强度大、生产率低、数据不能直接反馈回系统。放射性测量法,超声波测量法性能尚可,技术亦先进,但对环境及人身造成的危害大,尤其是有故障时对维修工人的危害更大。且超声波会破坏某些被测量物体内部结构及性能,对某些物体无法进行测量且测量值与材料特性有关。

　　基于光学三角法的激光测量由于其具有非接触、精度高、易于控制、且与材料内部特性参数无关等优点,旧益受到人们的重视,广泛应用于各种工业检测场合,同样运用于板带的厚度测量领域。但现有的激光测后技术水平难以满足板凸度测量的高精度要求。

　　在实际使用场合,所测厚度数据不仅用来检验产品质量或间接保证其它参数指标要求。有时需将数据反馈回系统构成闭环控制系统的一部分，那么这就对检测系统的可靠性和实时性提出了要求。

　　1检测原理

　　1.1激光测厚原理

　　板凸度检测系统是基于差动原理的板材厚度测量,由两个上下两个激光位移传感器构成(见图1)。采用上下对称测量即差动式测量方式可对被测物体的跳动、弯曲和震动引入的误差进行自动消除,从而大大提高了动态测量的准确度。

　　1.2激光传感器

　　激光板凸度检测系统中采用的传感器是基于三角测量法的激光位移传感器。本研究采用的激光传感器如图2所示,从激光源发射的激光束射到被测表面上时,在被测表面上形成一个光斑。从光斑散射的光线经透镜聚光后,射在线性CCD(Charge Coupled Device)阵列上。被测面位移的检测通过光学三角法原理计算出来。本研究采用的传感器线性中点距离为25mm,测量范围为2mm,分辨率达到0.1μm。在数据通讯方面该激光传感器较好地考虑了数据处理的实时性,传输可靠性,传输距离等综合因素。

　　2系统设计

　　本系统由光学测量装置、C型架扫描框架、数据处理系统及辅助装置构成(检测系统原理图见图1)。上下两个光学激光传感器固定在一个C型架扫描框架上。整个C型框架由伺服电机和滚珠丝杠组成的驱动系统驱动在导轨上移动;完成板材的多点厚度扫描测量,并能根据需要停在固定位置实现定点测量。系统具有高精度、扫描式、非接触、在线式。主要的技术指标: